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热木星风云录

随着太空观测技术的进步,天文学家找到了越来越多的太阳系外行星。这些行星多是类似木星、土星的巨大气态行星。不过,它们距离自己的恒星都非常近,有着太阳系中木星的身材,却出现在了水星的位置。在恒星炽热光辉的照耀下,这些行星温度非常高,所以天文学家称其为热木星。

这些热木星会是怎样古怪的世界呢?

同恒星比起来,行星的体积显得很不起眼,再加上距离遥远。要用望远镜直接分辨出来太阳系外的行星,非常困难,现在搜索它们也都是依靠间接手段。不过,借助于我们所熟悉的太阳系行星,就算不能直接观测,天文学家也有办法了解热木星上的大气运动状况。

冰火两重天

恒星的引力场是随着距离减弱的,行星靠近恒星的一面受到引力作用较强,而远离恒星的另一面受到的引力则比较弱,这样不均匀的受力,会导致整个行星承受到拉扯的力量。地球表面的海水由于受到这种力量的作用,会出现潮涨潮落的现象,因此,人们把这种力叫做潮汐力。

实际上,不只是液态的海水,坚硬的岩石也会被潮汐力拉扯而发生细微的变形,行星朝向恒星的一端因此会鼓起来。如果行星自转比公转快的话,鼓起的部位就会转到行星和恒星连线的前面,这时恒星对行星鼓包的引力作用,会拖行星自转的后腿,也就会使得行星自转越来越慢,直到自转和公转完全同步,永远都是一面向着恒星。这种现象被称为潮汐锁定,距离恒星越近的行星,越容易达到这种状态。太阳系中的水星已经被锁定了,稍远一点的金星虽没有完全被锁定,但是自转周期也已经非常长了,金星上的一天相当于地球上的243天。

这样缓慢的自转让行星上黑夜和白天持续时间非常长,一边是阳光暴晒,另一面则是漆黑一片,处于白天的半球和处于黑夜的半球之间的温差非常大。气温的巨大差异导致了强大气流的产生。

据观测,金星整个上层大气都刮着非常强烈的风,风向和其自转方向相同,速度则是自转速度的6倍。与此相反的是我们的地球,自转一周只要24小时,所以黑夜和白天不会形成过大的温差。驱动地球大气的是地球本身的自转力量,以及极地与赤道之间的温差。热木星们因为距离恒星非常近,多数已经处于潮汐锁定的状态,所以状况应该类似金星,表面冰火两重天。

庞然大物慢慢扭

当然,我们太阳系中也有木星这样的气态巨行星,要研究热木星的天气状况,木星、土星也可以作为重要的参考。同靠近恒星的热木星不同,木星、土星距离太阳都很遥远,显然也不处于潮汐锁定状态,不管是昼夜温差,还是高低纬度之间的温差,对它们天气的影响都是微乎其微的。决定它们大气环流状态的因素,主要是本身的自转速度和行星的个头大小。

木星和土星个头太大,转动速度又快。大气不能保持整体运动,而是分裂成了许多涡流。而小一些的天王星和海王星,几乎整个行星的大气都在一起转动,只有两极地区有部分大气自己行动。

综合这些研究,我们可以推测热木星上的天气状况。由于距离恒星非常近,它们或多或少都会处于潮汐锁定状态,与金星类似,它们昼夜半球之间的巨大温差应该会驱动强大的气流,上层大气应该会高速地转动。另外,它们虽然个头巨大,但是转速却很慢,所以整个大气应该是整体运动的,不像木星那样,分裂成许多独立的涡流。

于是,这些庞然大物拖曳着自己的整个大气层,笨重地绕着炽热的恒星运动着,一面承受着恒星的烈焰烘烤,一面承受着严寒刺骨,这就是热木星的世界。

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